1. Область допустимых значений (ОДЗ).
Необходимы условия:
1) \( x - 3 > 0 \) (для \( \sqrt{x-3} \) и логарифма) \( \implies x > 3 \).
2) \( 3x - 7 > 0 \) (для \( \sqrt{3x - 7} \) и логарифма) \( \implies 3x > 7 \) \( \implies x > \frac{7}{3} \approx 2.33 \).
Общее ОДЗ: \( x > 3 \).
2. Преобразование левой части.
Используем свойство логарифма степени: \( \log_a b^k = k \log_a b \). Также \( \sqrt{y} = y^{\frac{1}{2}} \).
Первый член: \( 2 \log_2 \sqrt{x-3} = 2 \log_2 (x-3)^{\frac{1}{2}} = 2 \cdot \frac{1}{2} \log_2 (x-3) = \log_2 (x-3) \).
Второй член: \( \log_2 \sqrt{3x - 7} = \frac{1}{2} \log_2 (3x - 7) \).
Уравнение принимает вид:
\( \log_2 (x-3) + \frac{1}{2} \log_2 (3x - 7) = 2 \).
3. Умножение на 2 и применение свойства произведения логарифмов.
4. Переход к показательному уравнению.
По определению логарифма: \( (x-3)^2 (3x - 7) = 2^4 = 16 \).
5. Решение кубического уравнения.
Пробуем целые значения \( x \) из ОДЗ \( (x > 3) \). Попробуем \( x = 4 \):
Левая часть: \( (4-3)^2 (3 \cdot 4 - 7) = 1^2 (12 - 7) = 1 \cdot 5 = 5 \). \( 5 \ne 16 \).
Пробуем \( x = 5 \):
Левая часть: \( (5-3)^2 (3 \cdot 5 - 7) = 2^2 (15 - 7) = 4 \cdot 8 = 32 \). \( 32 \ne 16 \).
Пробуем \( x = 3.5 = \frac{7}{2} \):
Левая часть: \( (\frac{7}{2}-3)^2 (3 \cdot \frac{7}{2} - 7) = (\frac{1}{2})^2 (\frac{21}{2} - \frac{14}{2}) = \frac{1}{4} \cdot \frac{7}{2} = \frac{7}{8} \). \( \ne 16 \).
Разложим многочлен:
\( (x^2 - 6x + 9)(3x - 7) = 16 \)
\( 3x^3 - 7x^2 - 18x^2 + 42x + 27x - 63 = 16 \)
\( 3x^3 - 25x^2 + 69x - 79 = 0 \).
С помощью рациональных корней (делители 79): \( \pm 1, \pm 79 \) (не целые, так как 79 простое). Если проверить нецелые, то можно найти корень. Однако, поскольку это учебник, ищем простой корень.
Проверим \( x=3 \) в исходном уравнении: \( 2 \log_2 0 \) - не определен.
Перепроверим условие: Условие \( 2 \log_2 \sqrt{x-3} \) можно преобразовать в \( \log_2 (x-3) \) только при ОДЗ \( x-3>0 \). Это верно.
Проверим, возможно, в учебнике ошибка и имелось в виду \( \log_2 (x-3) + \log_2 (3x-7) = 2 \)?
Если бы было: \( \log_2 (x-3) + \log_2 (3x-7) = 2 \)
\( \log_2 ((x-3)(3x-7)) = 2 \)
\( (x-3)(3x-7) = 4 \)
\( 3x^2 - 7x - 9x + 21 = 4 \)
\( 3x^2 - 16x + 17 = 0 \)
\( D = 16^2 - 4(3)(17) = 256 - 204 = 52 \)
\( x = \frac{16 \pm \sqrt{52}}{6} = \frac{16 \pm 2\sqrt{13}}{6} = \frac{8 \pm \sqrt{13}}{3} \).
Возвращаемся к исходному условию: \( 3x^3 - 25x^2 + 69x - 79 = 0 \).
Если предположить, что корень должен быть рациональным, то он должен быть равен \( \frac{p}{q} \), где \( p \) - делитель 79 (\( \pm 1, \pm 79 \)) и \( q \) - делитель 3 (\( \pm 1, \pm 3 \)). Единственный корень - \( x \approx 3.75 \). Но он не является целым.
Если единственным целым корнем, удовлетворяющим ОДЗ, является \( x=4 \) в альтернативном условии, то решение не имеет простого вида. Будем считать, что учебник подразумевает кубическое уравнение, но решение очень сложное, либо есть опечатка.
Поскольку учебник предполагает простой ответ, вернемся к началу и ищем, где может быть опечатка. Если предположить, что \( 2 \log_2 \sqrt{x-3} + \log_2 \sqrt{3x - 7} = 2 \) должно быть \( \log_2 (x-3) + \log_2 (3x-7) = 2 \), то \( x = \frac{8 + \sqrt{13}}{3} \).
Если предположить, что ответ простой:
Если \( x=5 \), то \( 3x^3 - 25x^2 + 69x - 79 = 3(125) - 25(25) + 69(5) - 79 = 375 - 625 + 345 - 79 = 16 \ne 0 \).
Будем считать, что корень иррациональный и оставим решение в виде:
\( x \) - корень уравнения \( 3x^3 - 25x^2 + 69x - 79 = 0 \), удовлетворяющий \( x > 3 \).
Ответ: \( x \) - корень уравнения \( 3x^3 - 25x^2 + 69x - 79 = 0 \), где \( x > 3 \).